短暫機(jī)械拉伸導(dǎo)致的人體膀胱平滑肌細(xì)胞的液化及其再固化.pdf

1、在人體內(nèi)的細(xì)胞長(zhǎng)期受到各種力學(xué)刺激,比如,人體氣道平滑肌細(xì)胞隨著大約平均6秒一次的的呼吸頻率進(jìn)行著收縮和拉伸;胃壁與腸道的細(xì)胞因?yàn)槲改c道的蠕動(dòng)而受到相應(yīng)的力學(xué)刺激;血管內(nèi)皮細(xì)胞受到血液流動(dòng)引起的剪切應(yīng)力;膀胱平滑肌細(xì)胞在膀胱儲(chǔ)存和排放尿液的時(shí)候受到相應(yīng)的收縮和拉伸,等等。廣泛的研究表明,這些力學(xué)刺激顯著地影響了活體細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能,因此,如果能在體外實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)確模擬細(xì)胞在其體內(nèi)生理環(huán)境中所受到的力學(xué)機(jī)械刺激,將會(huì)在細(xì)胞生理學(xué),病理學(xué)的領(lǐng)域

2、取得更新的研究突破。
　　 目前,國(guó)內(nèi)外細(xì)胞力學(xué)領(lǐng)域在人體細(xì)胞如何響應(yīng)外力刺激這個(gè)方向內(nèi),主要集中研究剪切應(yīng)力對(duì)血管壁內(nèi)皮細(xì)胞的影響,以及機(jī)械拉伸對(duì)相應(yīng)平滑肌細(xì)胞的影響。而對(duì)于后者的研究主要采用長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)拉伸或者周期性拉伸,結(jié)果顯示會(huì)加快肌動(dòng)蛋白的聚合作用,增強(qiáng)粘著斑的組裝,從而導(dǎo)致細(xì)胞硬度增加,使其形態(tài)更接近固態(tài)。此外,對(duì)細(xì)胞的長(zhǎng)時(shí)間拉伸觸發(fā)并激活了相關(guān)的生物化學(xué)信號(hào)通路,導(dǎo)致細(xì)胞在數(shù)秒內(nèi)或者數(shù)分鐘內(nèi)硬度增強(qiáng)。機(jī)械拉伸導(dǎo)致的細(xì)

3、胞硬化被認(rèn)為是維持細(xì)胞和組織結(jié)構(gòu)完整性的一種保護(hù)機(jī)制。與此形成鮮明對(duì)比的是,最近的一些研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)細(xì)胞受到短暫的機(jī)械拉伸時(shí)會(huì)急劇軟化,使其形態(tài)更接近液態(tài)。同時(shí),細(xì)胞骨架的重構(gòu)速率也迅速加快。當(dāng)拉伸停止后,細(xì)胞緩慢地再固化,細(xì)胞骨架的重構(gòu)速率大大降低。這個(gè)現(xiàn)象在亞細(xì)胞水平,單細(xì)胞水平以及組織水平得到觀察證實(shí)。“液化”現(xiàn)象為細(xì)胞提供了另外一種機(jī)制以適應(yīng)動(dòng)態(tài)環(huán)境。對(duì)于機(jī)械拉伸,細(xì)胞硬化和細(xì)胞軟化兩種機(jī)制相輔相成,共同維持細(xì)胞物理結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)平衡

4、。
　　 為了進(jìn)一步研究短暫機(jī)械拉伸導(dǎo)致的細(xì)胞液化的內(nèi)在機(jī)理,本研究以人體膀胱平滑肌作為實(shí)驗(yàn)載體,首先,測(cè)試了應(yīng)變?yōu)?0％的短暫拉伸對(duì)細(xì)胞硬度,細(xì)胞牽引力,纖維型肌動(dòng)蛋白的形態(tài)和所占比例的影響;其次,抑制一些在持續(xù)拉伸中有重要調(diào)控作用的信號(hào)通路,觀察液化現(xiàn)象是否也會(huì)收到抑制;最后,我們對(duì)細(xì)胞施加應(yīng)變同樣為10％的短暫壓縮,對(duì)比短暫拉伸和短暫壓縮對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生的不同效應(yīng)。我們的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 ①利用磁微粒扭轉(zhuǎn)細(xì)

5、胞測(cè)量技術(shù)測(cè)試細(xì)胞的彈性模量;用顯微鏡測(cè)量牽張力技術(shù)測(cè)試細(xì)胞牽張力;用熒光染色技術(shù)對(duì)纖維型肌動(dòng)蛋白染色,觀測(cè)其形態(tài)變化;用western blotting檢測(cè)纖維型肌動(dòng)蛋白和球型肌動(dòng)蛋白的比例。在短暫拉伸之后,細(xì)胞硬度和纖維型肌動(dòng)蛋白強(qiáng)度水平降低了大約50％,細(xì)胞牽引力減小了大約70％,說明細(xì)胞迅速“液化”。拉伸停止5分鐘之后,和拉伸前相比,纖維型肌動(dòng)蛋白的強(qiáng)度水平完全恢復(fù),細(xì)胞硬度恢復(fù)至原來的90％左右,細(xì)胞牽引力恢復(fù)至原來的60％左

6、右,說明細(xì)胞經(jīng)歷再固化。
　　 ②往細(xì)胞培養(yǎng)液里添加相應(yīng)的抑制劑對(duì)在持續(xù)拉伸中有重要調(diào)控作用的信號(hào)通路進(jìn)行干擾抑制,然后對(duì)細(xì)胞施加短暫機(jī)械拉伸,結(jié)果顯示細(xì)胞液化的程度和重新固化的速率和未受到抑制的細(xì)胞基本一致,說明這些信號(hào)通路沒有參與調(diào)控由短暫拉伸引起的細(xì)胞液化和再固化這個(gè)過程。
　　 ③對(duì)細(xì)胞施加短暫的機(jī)械壓縮,然后測(cè)量細(xì)胞的彈性模量和纖維型肌動(dòng)蛋白的強(qiáng)度變化,并與短暫拉伸后的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示,和短暫拉伸不同,短